BIM技术在铁路隧道-设计阶段的应用研究

1、BIMBIMBIMBIM技术在铁路隧道设计阶段的应用研究主 讲 人：李 俊 松1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望达索系列软件在铁路隧道工程中应用的整体技术框架：整体概况技术框架三维设计BECDA平台选取理念革新模板建立团队培养二次开发整体概况解决问题 BIM技术的应用需要若干软件相互协作共同完成，要求信息模型能在各软件之间无损交换、无缝链接，因此可选择同系列的软件相互配合以实现BIM技术的应用。目前国际上领先的三维软件公司主要有欧特克、达索、奔特力和图软，课题组在综合考

2、虑软件性能、建模需求、施工模拟、运营维护等因素后，选择达索系列软件作为技术支持。整体概况解决问题平台选取整体概况解决问题平台选取硬件架构整体概况解决问题平台选取信息附加与互通骨架继承专业协同参数化驱动模板化拼装二三维联动理念革新整体概况解决问题理念革新提炼参数和步骤基础模型实践应用并反复修改初步模板模板应用最终模板整体概况解决问题模板建立后期应用接口标准化建模功能信息附加功能工程量统计功能二维出图功能整体概况解决问题二次开发推广利用组应用研究组功能开发组核心研发组整体概况解决问题团队建设铁路隧道专业BIM技术应用总体规划整体概况技术路线隧道暗洞BIM技术应用规划整体概况技术路线整体概况技术路线

3、整体概况技术路线整体概况技术路线整体概况技术路线整体概况技术路线1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望ENOVIAVPM协同平台协同导航ENOVIA VPM协同平台铁路隧道设计导航系统协同导航TIM设计导航功能按钮区域软件集成区域铁路隧道设计导航系统设计辅助功能协同导航TIM设计导航铁路隧道设计导航系统计算辅助功能协同导航TIM设计导航铁路隧道设计导航系统三维设计导航协同导航TIM设计导航基于C/S模式的协同工作保证了设计数据的时效性和唯一性；协同设计可实现设计流水化作业，提高设计效率；导航系统在融入传统设计理念的基础上，再造了全新的BIM设计流程，提

4、高了铁路隧道设计效率，使设计人员可将更多的时间投入设计方案的优化。协同导航小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望在借鉴建筑、机械、电子行业相关研究的基础上，响应铁路BIM联盟号召，根据行业实际情况定义了一系列面类，如右图所示。并对各面初步拟定了编码规则，制定了隧道专业合理可行的文件级、特征级命名规则。三维建模标准制定序号线路名称顺序码1成康线0012沪昆客专0023成贵线00345成南线0096宝兰客专00A7西成客专00B89大瑞线00Y10沪昆线00Z11云贵线01012广大线0111314大丽线0ZY15成昆线0ZZ16成绵乐10017序号区

5、间描述区间代码1成康线 成都-彭山012成康线 彭山-多悦0234成康线 多悦-盘鳌乡095成康线 盘鳌乡-朝阳湖0A6成康线 *-*0B78成康线 *-*0Z9成康线 *-*1010成康线 *-*111112成康线 *-*ZY13成康线 *-*ZZ序号功能区域类型编码1工区12实验室23拌合站34监理站45预制梁场56预制板长67轨枕预制厂78盾构管片预制厂8三维建模标准制定三维建模标准制定三维建模标准制定三维建模开发工具小导管定制界面钢架定制界面二衬钢筋定制界面三维建模相关工具三维建模开发工具骨架参数辅助参数同步AutoCAD导入标准化建模辅助工具参数复制三维建模开发工具大跨I型二衬大跨I

6、型沟槽及仰拱填充下锚段初支下锚段二衬利用CATIA草图设计器绘制隧道截面草图，约束部件尺寸，建立参数化关系。三维建模暗洞模板洞内车站大跨段三维建模暗洞模板洞内车站大跨段沟槽及道岔布置洞内车站大跨段衬砌布置下锚衬砌及普通衬砌段三维建模暗洞模板锚杆钢筋网型钢钢架混凝土三维建模暗洞模板进口明暗分界横断面草图进口隧道洞门横断面草图隧道出口洞门外耳墙草图隧道出口洞门耳墙草图草图与洞身轮廓联系，参数化驱动所有轮廓约束。三维建模洞门模板 在建立三维地表、三维地质模型的基础上，建立线路的三维模型，利用骨架继承、参数设置、草图绘制等技术，结合CATIA的扫掠、拉伸、多截面等命令，实现隧道三维实体模型的建立。隧道

7、进口隧道出口实体三维建模洞门模板继承线路骨架、参数化驱动所有草图，实现联动修改。草图骨架草图参数三维建模明洞模板整体模型回填基底换填实体衬砌和端墙三维建模明洞模板斜井洞门草图斜井洞口挡墙草图斜井衬砌草图草图类似于正洞方法绘制斜井各类型草图，并参数化驱动。三维建模斜井模板实体端墙模型斜井洞门模型整体模型三维建模斜井模板钢架模型钢筋网实体斜井衬砌初期支护三维建模斜井模板实体斜井交叉段模型斜井错车道模型三维建模斜井模板 2截面草图设计3截面草图设计后墙内侧主筋草图设计后墙内侧纵筋草图设计草图三维建模洞室模板初喷和复喷锚杆和钢筋网二衬混凝土二衬钢筋实体三维建模洞室模板通过三维模型，可实现隧道设计合理性

8、检验。以下图形为综合洞室设置在施工缝处。附属洞室与施工缝位置关系施工缝施工缝上图为综合洞室设置在施工缝处三维建模设计校核附属洞室与施工缝位置关系 通过三维模型，可检验如附属洞室与施工缝位置关系，避免附属洞室设置在施工缝、变形缝处。以上两图为综合洞室设置避开施工缝施工缝施工缝三维建模设计校核三维建模设计校核隧道洞口位置确定隧道出口隧道进洞较早隧道进洞较晚隧道合理的进洞位置环向盲管与施工缝关系环向盲管与施工缝位置重叠环向盲管与施工缝位置错开三维建模碰撞检验径向锚杆与超前支护重叠径向锚杆与超前支护避开重叠三维建模碰撞检验斜切式洞门钢筋计算优化三维建模精细化设计斜切式洞门钢筋三维建模精细化设计设计方案

9、审核与比选；三维联动算量；精细化设计；数值模拟模型共享；轻量化展示。三维建模小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望定制具有铁路行业特点的标准，使BIM模型特别是其中的二维图模板符合目前的制图标准和设计习惯。草图标准创成标准二维出图标准制定定制具有铁路行业特点的字体，使BIM模型特别是其中的二维图模板符合目前的制图标准和设计习惯。字体选择隧道符号二维出图字体定制互提资料读入轮廓模板调用传统设计介入三维模板驱动二维图纸生成二维出图整体思路二维出图互提资料读入线路、地质数据读入内容展示三心圆、单心圆建模出图模板二维出图轮廓模板调用马蹄形建模出图模板二维出

10、图轮廓模板调用衬砌分段设计二维出图传统设计介入衬砌分段设计二维出图传统设计介入数据库配置界面辅助洞室智能布置2D部件导入EXCEL导出EXCEL二维出图CATIA二次开发施组图绘制工具条纵断面图绘制工具条基准设置删除功能二维出图CATIA二次开发施组案例康定隧道-25.016公里-4斜井2横洞二维出图出图成果纵断面案例扎莫隧道-1.232公里二维出图出图成果衬砌断面图二维出图出图成果衬砌钢筋图二维出图出图成果型钢钢架图二维出图出图成果实现了纵断面、衬砌断面、施工组织等图纸的快速辅助出图，使设计师可投入更多的时间在设计方案优化上；参数化设计、二三维联动等技术较大地提高了设计效率和准确度，也减轻了

11、后期变更设计的工作压力。二维出图小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望结构加载结构材料属性应力张量米斯应力数值模拟内部模块网格划分载荷及边界条件材料属性赋予CATIA模型导入数值模拟ABAQUSZ向位移分布米赛斯应力主应力空间张量Z向应力分布数值模拟ABAQUSCATIA实体模型数值模拟重庆地铁ABAQUS实体模型数值模拟重庆地铁CATIA TO ANSYS(二维)CATIA轮廓转换程序ANSYS单元ANSYS节点变形图轴力图数值模拟ANSYS互动空气动力学原理CATIA导出三维模型.stp文件fluent导入.stp文件fluent导入.stp文

12、件后全线三维模型数值模拟FLUENT互动Fluent局部放大三维模型三维模型空气动力学分析网格划分三维模型空气动力学分析云图三维模型空气动力学分析云图数值模拟FLUENT互动实现了CATIA三维模型、二维草图到分析软件的无缝接入；BIM设计过程中的信息可与分析软件共享；数值模拟小结目前已较大地提高了隧道断面数值检算的效率。1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望出口开挖量统计进口开挖量统计工程算量三维算量出口圬工统计进口明洞工程数量统计出口明洞工程数量统计进口圬工统计工程算量三维算量工程算量二维算量参数关联图形驱动数量计算整合工程量数据，常见表格方式输出

13、。洞口及明洞工程数量表（部分）洞身工程数量表（部分）工程算量表格输出目前已实现的工程算量功能可较大地提高算量效率；BIM三维算量与传统二维算量的结合可大大提高算量精准度；工程算量小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望附加信息添加信息同步信息附加相关工具附加信息查询信息模板制定三维模板二次开发模型信息附加产品属性信息信息是BIM的灵魂，通过搭建底层数据库及二次开发，从信息附加，属性附加及数据库数据信息存储等方面为隧道BIM模型附加信息。数据库存储信息附加实现了纵断面、衬砌断面、施工组织等图纸的快速辅助出图，使设计师可投入更多的时间在设计方案优化上；参

14、数化设计、二三维联动等技术较大地提高了设计效率和准确度，也减轻了后期变更设计的工作压力。二维出图小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望施工延伸3D施工模型设计数据(图纸、模型、文档)施工工艺施工工序施工资源（人、机、材）实验分析数据施工计划施工模拟数据造价预算数据施工现场数据从设计阶段传递到施工阶段的数据，可为施工分析、工艺、工序、资源配置、施组计划、施工模拟等方面提供坚实的数据基础。通过二次开发，实现BIM模型与数据库实时关联，能快速、准确地获得施工工程基础数据，随时为采购计划的制定、限额领料、物料下料等提供及时、准确的数据支撑。施工延伸物料配置

15、型钢钢架模型现场预制图运用BIM技术预先生成隧道特殊位置，如附属洞室与正洞交叉位置、洞门位置的钢筋、钢架等模型，通过模型准确的计算出不规则位置每根钢筋、钢架的长度，指导工人现场下料，提高施工效率，减少材料浪费。现场下料图斜切式洞门钢筋模型施工延伸现场下料监控量测是铁路隧道施工阶段必不可少的一个工作环节，隧道的安全在成大程度上取决于监控量测工作是否合理、科学、系统和高效。隧道监控量测虚拟施工延伸虚拟监控地表沉降的虚拟实现单个沉降点施工延伸虚拟监控结合ENOVIA平台数据协同及处理功能，实现对铁路隧道项目安全风险的评估与管理，为施工阶段的施工安全提供保障。DELMIA风险表达风险控制成本与时间关系

16、图施工延伸安全管理通过ENOVIA平台数据协同及处理，实现对铁路隧道项目投资的局部和整体控制，达到造价透明、投资可控的目的。计划数据协同项目资金占比施工延伸投资控制通过三维BIM模型的测算，结合施工工艺要求以及施工工序步骤，输出Excel表，快速完成对工程量的预测和核算，达到控制投资的目的。工程量快速预算施工延伸投资控制运营延伸项目管理设备物资设备储存室运营延伸设备管理通过机车车辆轴温检测、烟雾探测、列车分离监测等防灾监控设备监测轨道沿线的塌方、落石报警、风速计、水位监测、地震检测器、轨道变形测量、隧道火灾报警等烟雾探测器深圳市同安迪科技有限公司自动全站仪广州南方强震仪北京soil仪器有限公司雨量器天津凯隆达仪器仪表有限公司运营延伸虚拟监控监测元器件预埋管线数据采集分析与发布运营延伸虚拟监控利用DELMIA模拟隧道内发生的自然灾害和